پهنه بندی سیل و تعیین حد بستر و حریم رودخانه

پهنه بندی سیل و تعیین حد بستر و حریم رودخانه

مقدمه:

نياز انسان به آب باعث شده تا اكثر تمدن هاي بشري در كنار رودخانه ها شكل بگيرند. انسان هاي اوليه با زندگي در كنار رودخانه ها بطور فطري و تجربي آموخته بودند كه جهت استفاده بهينه از اين منابع خدادادي، مي بايد رودخانه ها را دوست داشت و حتي در بعضي از فرهنگ هاي كهن آب و رودخانه بعنوان موجودي مقدس و حيات بخش مورد ستايش و احترام بود. با توسعه شهرنشيني و اجراي طرح هاي عمراني و دور شدن انسانها از رودخانه اين دوستي گسسته شد و انسان با برداشت بي رويه شن و ماسه از بستر رودخانه، خانه و شهرك سازي در حريم و بستر رودخانه، احداث سازه هاي تقاطعي و غيره اقدام به تعرض به رودخانه و بر هم زدن رژيم متعادل و پايدار آن نمود. رودخانه ها به مثابه موجودات زنده اي هستند كه در مقابل اين تعارض اقدام متقابل نموده و لذا رژيم هيدروليكي آن در يك روند براي رسيدن به تعادل مجدد قرار مي گيرد. مهندسي رودخانه علمي است كه اين اعمال اندر كنشي را بطور سيستماتيك هماهنگ و هدايت خواهد نمود و به عبارتي ديگر مهندسي رودخانه شامل تمام مراحل برنامه ريزي، طراحي، اجرا و بهره برداري از عمليات مختلفي است كه به منظور بهبود وضعيت رودخانه در جهت استفاده بهتر از آن اعمال مي گردد.

رودخانه ها شريان هاي اصلي حيات كليه سازه هاي آبي محسوب مي شوند و حفاظت و بهره برداري بهينه از آنها و همچنين حراست از بستر و حريم آنها از مهم ترين مسئوليت هاي وزارت نيرو مي باشد.

استفاده بهينه از رودخانه ها به لحاظ اهميتي كه اين منابع طبيعي در برآورد نيازهاي بشري، از ديرباز تاكنون داشته اند از انگيزه هاي مهم به وجود آمدن شاخه ديگري از مهندسي آب به نام مهندسي رودخانه بوده است. به علت نزديكي سازه هاي تغذيه كننده از آب رودخانه و زمين هاي كشاورزي اطراف رودخانه نياز به يك برنامه ريزي علمي جهت حفظ و حراست از اين سازه ها اجتناب ناپذير مي باشد. علمي كه در مورد كليه مراحل مطالعه و برنامه ريزي، طراحي، اجرا و بهره برداري جهت بهبود و يا تغيير وضعيت موجود يك رودخانه به منظور برآورد نيازهاي عمراني بحث مي كند مهندسي رودخانه ناميده مي شود.

بدلیل رشد روز افزون جمعیت و توسعه سریع زندگی شهری و روستایی در اراضی حاشیه رودخانه ها و طبیعتاً افزایش تقاضا برای احداث اعیانی در این اراضی، متأسفانه روند تجاوز به بستر وحریم رودخانه ها، تصرف غیر قانونی این گونه اراضی و دخل و تصرف غیر مجاز در آنها افزایش یافته است.

با تصویب قانون آب و چگونگی ملی شدن آن در تاریخ 27/4/1347 وظیفه تعیین حد بستر رودخانه ها و نهرهای طبیعی و حفاظت آنها از دخل و تصرف غیر مجاز، به عهده وزارت نیرو قرار گرفت.

1- کلیات

1-1 هدف

تشریح روشهای مطالعاتی مورد نیاز برای تعیین حد بستر و حریم رودخانه ها مطابق استانداردهای لازم و آیین نامه های مربوطه می باشد.

1-2 دامنه کاربرد

کاربرد این گزارش محدود به پهنه بندی سیل و تعیین حد بستر و حریم رودخانه های کشور می باشد.

1- 3 تعاریف

در این قسمت، تعاریف واژه هایی که در مطالعه تعیین بستر و حریم مورد نیاز است ارائه می گردد.

رودخانه: مجرایی است طبیعی که آب به طور دائم یا فصلی در آن جریان دارد.

نهر طبیعی: مجرایی است که آب به طور دائم یا فصلی در آن جریان داشته باشد. ولی دارای

حوضه آبریز مشخصی نباشد.

مسیل: آبراهه ای طبیعی است که در صورت نزول برف و باران در آن، آب جاری میگردد.

نهر سنتی: مجرای آبی است که به وسیله اشخاص و به صورت غیر مدرن احداث شده باشد.

رودخانه فصلی: رودخانه ای است که بیش از 50% ایام سال خشک باشد.

حریم: اراضی مجاور بستر رودخانه به عرض 1 تا 20 متر که به عنوان حق ارتفاق برای کمال انتفاع و حفاظت از بستر رودخانه لازم است.

سیلراه: قسمتی از رودخانه که هنگام وقوع سیلاب، جریان از آن عبور می نماید و بخشی از پهنه سیل گیر با دوره بازگشت صد سال که اشغال آن باعث افزایش تراز سیلاب بیش از 32 سانتی متر می گردد را سیلراه می گویند.

حاشیه سیلاب (Flood Fring ): بر حسب تعریف بنگاه فدرال مدیریت بحران امریکا، به آن بخشی از پهنه سیل گیر سیلاب با دوره بازگشت 100 ساله، که اشغال آن باعث افزایش تراز سیلاب به میزان کمتر از 32 سانتی متر می گردد.

پهنه سیل گیر: به سطحی از اراضی رودخانه یا حاشیه مجاور آن گفته می شود که در سیلابی با دوره بازگشت معین غرقاب گردد.

پهنه بندی سیل: تعیین پهنه های سیل گیر برای سیلاب های با دوره بازگشت های معین را پهنه بندی سیل می گوییم.

1-4 جایگاه نقشه های پهنه بندی سیل در مدیریت سیلاب

نقشه های پهنه بندی در اقدامات مقابله با سیل، دارای کاربردهای زیر است:

- تدوین طرح مقابله اضطراری با سیل

- مشخص کردن اراضی سیل گیر در سامانه های هشدار سیلاب

- کمک رسانی و تخلیه مناطق در خطر سیلاب

- تعیین نرخ بیمه سیلاب پهنه بندی با خطر های متفاوت و تحلیل های اقتصادی طرح های مهار سیلاب

این کاربردها، تهیّه نقشه های پهنه بندی سیل را ضروری می سازند. تعیین حد بستر و حریم رودخانه ها، امکان حفاظت بستر رودخانه در مقابل اشغال و احداث هر گونه تأسیسات غیر مجاز در آن را فراهم می سازد. برنامه ریزی دراز مدتی برای تعیین حد بستر و حریم رودخانه، به منظور صیانت از منابع ملی و کاهش خسارت سیل وجود دارد. در این راستا، در قانون برنامه توسعه اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی جمهوری اسلامی ایران موضوع مهندسی رودخانه آورده شده و در قانون برنامه سوم توسعه اقتصادی،اجتماعی و فرهنگی، تعیین حد بستر و حریم اشاره گردیده است. در برنامه چهارم نیز موضوع حفاظت از بستر و حریم رودخانه ها مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین برای صیانت از منابع ملی در عرصه رودخانه ها، گام های متوالی و منسجم برداشته شده است.

2- دامنه و شیوه انجام اقدامات اولیه

اقدامات اولیه شامل کلیه کارهایی است که پیش از شروع مطالعات پایه و تخصصی انجام شده و شرایط انجام مطالعات پایه و تخصصی را فراهم می سازد. این بخش، یکی از بخش های حساس مطالعه می باشد که در انجام آن، ارتباط تنگاتنگ مشاور و کارفرما ضروری است.

شکل 2-1- نمونه ای از نمودار ارتباط بخش های مختلف مطالعات تعیین حریم و بستر رودخانه

2-1 جمع آوری آمار،اطلاعات و گزارش های موجود

داده های مورد نیاز و منابع کسب اطلاعات مطالعه تعیین حد بستر و حریم رودخانه،

مشابه اطلاعات مورد نیاز و منابع اطلاعات مطالعه پهنه بندی سیلاب می باشد.

ردیف	نوع اطلاعات	منابع دسترسی
1	نقشه های توپوگرافی 1/25000،1/250000 ،1/50000 و نقشه های دیگر در صورت وجود	سازمان جغرافیایی ارتش، سازمان نقشه برداری کشور
2	نقشه های رقومی	سازمان نقشه برداری کشور
3	آمار و اطلاعات هوا شناسی	سازمان هواشناسی کشور و موسسه تحقیقات منابع آب
4	آمار و اطلاعات آب سنجی و سیلاب ها	موسسه تحقیقات منابع آب، سازمان آب منطقه ای
5	نقشه های زمین شناسی	سازمان زمین شناسی کشور و شرکت نفت ایران
6	آمار و اطلاعات جمعیتی	مرکز آمارایران و مراکز بهداشت
7	آمار و اطلاعات خسارت سیل	استانداری ها، شهرداری ها، سازمان آب و سازمان جهاد کشاورزی
8	نقشه های خاک شناسی و کاربری اراضی	موسسه تحقیقات خاک شناسی
9	نقشه ها و گزارش های تعیین بستر و حریم	سازمان آب منطقه ای
10	نقشه کاربری اراضی شهری و طرح جامع و تفصیلی و هادی	شهرداری ها، فرمانداری، بخشداری ها
11	گزارش و نقشه سازه های متقاطع	سازمان آب منطقه ای، اداره کل راه و ترابری، سازمان جهاد کشاورزی و شهرداری ها، استانداری ها
12	گزارش تنش های اجتماعی و شکایات در مورد تغییرات رودخانه و بستر و حریم	استانداری ها، سازمان آب منطقه ای، سازمان جهاد کشاورزی و شهرداری ها
13	مالکیت اراضی	اداره کل ثبت اسناد استان

جدول (1-2) نوع اطلاعات مورد نیاز برای جمع آوری و منابع آنها

کسب اطلاعات از مراجع بالا، از طریق معرفی کارفرما، هماهنگی در جلسات حضوری و مراجعه حضوری امکان پذیر است. نقشه های زمین شناسی برای بدست آوردن اطلاعات عمومی از زمین شناسی بستر رودخانه مورد نیاز می باشد. داده های خسارت و جمعیت برای شناخت عمومی مسایل اجتماعی تعیین بستر و حریم رودخانه کاربرد دارد. داده های هواشناسی مانند بارش، منحنی های شدت، مدت، فراوانی هنگامی مورد نیاز است که به علت کمبود داده های آب سنجی، امکان تخمین سیلاب هایی با دوره باز گشت مختلف ممکن نبوده و به شبیه سازی هیدرولوژی با استفاده از داده های بارش به منظور تعیین سیلاب نیاز می باشد.

2-2 دستورالعمل خدمات جنبی

در تعیین حد بستر و حریم رودخانه ها، سه نوع خدمات جنبی عمده مورد نیاز است:

- نقشه برداری و هیدروگرافی

- دانه بندی مواد بستر و کناره رودخانه

- اندازه گیری رقوم آب وبده جریان

تا زمانی که حداکثر عمق آب در هنگام نقشه برداری کمتر از 5/1 متر باشد می توان با دوربین نقشه برداری رقوم نقاط مختلف مقاطع رودخانه را برداشت نمود . در صورتی که به علت عمق یا سرعت جریان نتوان با دوربین نقشه برداری کرد، هیدروگرافی انجام گرفته و نتایج آن، با نقشه برداری های زمینی تلفیق می شود. دانه بندی مواد بستر و کناره رودخانه برای تعیین ضریب زبری رودخانه و داده های رقوم سطح آب وبده جریان در چند نقطه از رودخانه برای واسنجی مدل های شبیه سازی کاربرد دارد.

2-2-1 طول بازه نقشه برداری

طول بازه ای که باید نقشه برداری شود بیشتر از طول محدوده مورد نظر برای تعیین حد بستر و حریم می باشد. اضافه کردن این طول برای کاهش خطا در محدوده مورد نظر لازم است.

: طول معادله برای شرایط مرزی عمق بحرانی (m)

: برای شرایط مرزی عمق نرمال (m)

که باید به طول بازه پایین دست اضافه شود

R: شعاع هیدرولیکی (m)

S: شیب متوسط بستر در طول بازه

2-2-1-1 مشخصات عمومی

- مشخص کردن طول و موقعیت رودخانه: طول و موقعیت رودخانه باید با استفاده از عکسهای هوایی یا نقشه های که ریخت شناسی رودخانه را نشان می دهند. به طور دقیق تعیین شود. موقعیت مقطع های رودخانه باید با 0+00 شروع شود و به سمت بالا دست جریان افزایش یابد.

- موقعیت سازه ها: دستور آمار نقشه برداری باید آبراهه های فرعی را تشریح نماید و موقعیت سازه های احداثی را مشخص نماید.

- عرض اولیه سیلاب دشت

- نقاط کنترل نقشه برداری

- بازدید محلی

- موقعیت مقاطع عرض اولیه

2-2-1-2 نوع و مقیاس نقشه های مورد نیاز

در دستورالعمل نقشه برداری، نوع و مقیاس نقشه های مورد نظر به صورت زیر تعیین می شود:

- نقشه پلان رودخانه و حاشیه آن با مقیاس 1:1000 الی 1:5000

- پروفیل طولی با مقایس افقی 1:1000 الی 1:5000 و مقیاس قائم 1:10 الی 1:500

- مقاطع عرضی با مقیاس افقی 1:100 الی 1:2000 و مقیاس افقی 1:10 الی 1:200

نکته مهم در این مقیاس این است که اکثر نقشه توپوگرافی با مقیاس 1:2000 تهیه شود، می توان از روی نقشه توپوگرافی مقاطع عرضی رودخانه را به دست آورد.

2-2-1-3 موقعیت مقاطع عرضی

اطلاعات نقشه برداری که برای تحلیل سیلاب دشت نیاز است، شامل مقاطع عرضی کانال عرضی و سیلاب دشت ها در امتداد جریان می باشد. این اطلاعات از نقشه برداری صحرایی یا نقشه های رقومی یا نقشه های توپوگرافی به دست می آید.

پروفیل سطح آب، به صورت منحنی است که از شیب کف کانال پیروی کرده و در محاسبات پروفیل سطح آب بوسیله یک سری خطوط مستقیم تقریب زده می شود و با اتصال رقوم تراز آب در مقاطع عرضی بدست می آید. (مقدار افت انرژی و تغییرات سرعت جریان بنابراین هرچه تعداد مقاطع عرضی بیشتر باشد. خطوط کوچکتر و پروفیل سطح آب به واقعیت ( منحنی الخط بودن )نزدیک تر خواهد شد.

شکل 2-2- نمونه ای ازپروفیل سطح آب برای فاصله زیاد بین مقاطع عرضی

در نواحی که تغییرات شیب ناگهانی در رودخانه یا کانال موجود است. پروفیل سطح آب ممکن است با واقعیت تفاوت داشته باشد و این به دلیل فاصله زیاد مقاطع عرضی می باشد.

مطالعات نشان می دهد که برای شیب کمتر از 0004/0، فاصله مقاطع برای یک سیلاب دشت عریض باید حداکثر 800 متر، برای شیب بین 0004/0 تا 0006/0 فاصله مقاطع 550 متر بوده و فاصله مقاطع به 350 متر برای شیب های بزرگتر از 06/0 درصد محدود شود.

برای مطالعات تعیین حد بستر و حریم ماکزیمم، فاصله عموماً 150 متر برای رودخانه های ساماندهی نشده و 600 متر برای رودخانه های سامان دهی شده می باشد.

در جابجائی مقاطع عرضی باید به نکات زیر توجه کرد:

- تغییر در شیب کف: جاهایی که تغییرات محسوسی در شیب کف کانال وجود دارد، مقطع عرضی مورد نیاز است.

- تغییر در سطح مقطع جریان: در نقاطی که کانال جریان تنگ یا باز می شود، باید دو مقطع عرضی ارائه نمود.

- تغییر در بده جریان: در محل هایی که یک رود فرعی به رودخانه می ریزد، دو مقطع یکی در بالادست و دیگر در پایین دست محل تلاقی مورد نیاز است و حداقل یک مقطع نیز روی رودخانه فرعی مورد نیازاست

شکل (2-3) محل اتصال یک شاخه فرعی به رودخانه اصلی و موقعیت مقاطع مورد نیاز

- تغییر در زبری: در بالا دست و پایین دست هر قسمت از کانال که زبری به طور قابل ملاحظه ای تغییر می کند مقطع مورد نیاز است.

- مقاطع کنترل: بالافاصله در بالا و پایین مقاطع کنترل (پل ها، سازه های آبی، دراپها ،سرریزها و ...) برای مدل کردن مناسب تغییرات جریان در وضعیت انتقالی، مقطع عرضی مورد نیاز است.

- تجاوز به حریم سیلاب دشت: در مکان هایی که تجاوز به حریم سیلاب دشت (مانند خاکریزها، دهنه پل ها، ساختمان ها، جاده ها، مسیر راه اهن و ...) وجود دارد در بالادست و پایین دست انتهای این نواحی و در فواصل منظمی در میان آنها مقطع عرضی لازم است.

- قوس ها: به دلیل تغییر در طول بازه در سواحل کناری، باید مقطع عرضی ارائه شود.

(شکل 2-4) شکل قرار گیری مقاطع عرضی و طول بازه ها در یک چم رودخانه

(شکل 2-5) حداقل نقاط لازم در عملیات نقشه برداری برای کانال اصلی رودخانه

برای تعریف کانال اصلی جریان، حداقل 5 نقطه مود نیاز است که در شکل (2-5) نشان داده شده است. در صورتی که در مقطع عرضی کانال عوارضی مشاهده گردید باید نقاط اضافی نیز در نظر گرفته شود. مقدار نقاط مورد نیاز در مقطع عرضی سیلاب دشت به عرض سیلاب دشت و مشخصات عوارض بستگی دارد.

فاصله میان مقاطع عرضی با طول بازه تعریف می شود. (در شکل 2-5).

2-2-1-4 اطلاعات سازه های مقاطع با رودخانه

ابعاد و ارتفاع همه سازه های هیدرولیکی و مقاطع آبرو، در امتداد جریان باید از نقشه های موجود یا از طریق نقشه برداری تعیین شود اغلب 4 مقطع عرضی در محل پل ها برای شبیه سازی هیدرولیکی رودخانه بکار می رود در شکل این مقاطع مشخص است (صفحه 18.

- مقطع عرضی 1: باید به اندازه کافی پایین دست پل باشد به طوری که جریان از سازه پل تاثیر نپذیرد. این مسافت عموماً باید به روش بررسی میزان در هنگام سیلاب تعیین گردد. در صورتی که این بررسی ممکن نباشد، دو معیار برای تعیین مقطع پایین دست وجود دارد. دفتر بررسی های زمین شناسی آمریکا USGS فاصله مقطع را از پل معادل 1 برابر مقدار عرض باز شدگی پل در نظر می گیرد. (BC در شکل 2-6)

گروه مهندسی ارتش آمریکا USBR، فاصله مقطع عرضی پایین دست از پل را 4 برابر متوسط طول بسته شده کناره، بوسیله تکیه گاه های سازه پیشنهاد می کند. ( متوسط فاصله بین A به B و C به D در ( شکل 2-6)

- مقطع عرضی 2 : این مقطع بلافاصله در پایین دست پل در نظر گرفته می شود. (در کمتر از 5/0 متری) و باید خاکریز جاده و شانه های جاده را نیز نشان دهد.

- مقطع عرضی 3 : در سمت بالادست پل قرار داده می شود، فاصله میان مقطع 3 و پل باید نسبتاً کوتاه باشد(مثل مقطع 2).

- مقطع عرضی 4 : یک مقطع عرضی بالا دست است که خطوط جریان تقریباً موازی و مقطع عرضی کاملاً مؤثر است. دفتر بررسی های زمین شناسی آمریکا فاصله بین مقاطع 3 و 4 را برابر متوسط عرض باز شدگی پل پیشنهاد می کند.

گروه مهندسی ارتش آمریکا این فاصله را با متوسط عرض تنگ شدگی مقطع معادل در نظر می گیرد(متوسط فاصله بین C به D و A به B (در شکل 2-6)).

این فاصله باید کمتر از فاصله میان مقاطع 1 و 2 باشد. زیرا تنگ شدگی های جریان در فاصله کمتری نسبت به باز شدگی جریان اتفاق می افتد. معیار گروه مهندسی ارتش آمریکا برای هنگامی که باز شدگی کل نسبت به عرض دشت سیلابی کوچک باشد مناسب است.

شکل (2-6) برداشت مقاطع عرضی در محدوده پل

2-2-1-5 دیگر سازه های متقاطع با رودخانه

این سازه ها مانند سرریزها ، آب شکن ها و مقاطع شیبدار که سنگ فرش شده اند می توانند بر هیدرولیک جریان کاملاً مؤثر باشند بنابراین موقعیت، اندازه و شکل این سازه ها باید با دقت اندازه گیری و ثبت شود اگر بخشی از کانال به طور کلی یا جزئی با پوشش بتنی یا انواع دیگر پوشش های شیب پوشیده شده باشد. اطلاعات نقشه برداری باید، نوع پوشش، مقاطع ابتدا و انتها و امتداد عمومی پوشش شیب (یعنی هر مسافتی که پوشش از بعد کانال به بالا ادامه یافته) را مشخص نماید.

2-2-2 نحوه تهیه دستور کار اندازه گیری و قوم سطح آب وبده جریان

اندازه گیری وقوم سطح آب وبده جریان برای تعیین شرط مرزی و واسنجی محاسبات پروفیل سطح آب کار برد دارد حداقل تعداد اندازه گیری برای واسنجی تا پنج نقطه پیشنهاد می گردد. که مرز بالا دست، پایین و سه مقطع در بازه مطالعاتی را شامل می شود.

3- دامنه و شیوه انجام مطالعات پایه

مطالعات پایه ای که برای تعیین حد بستر و حریم رودخانه یا پهنه بندی مناطق سیل گیر رودخانه انجام می شود شامل موارد زیر است:

1- فیزیوگرافی

2- هواشناسی

3- هیدرولوژی

4-کاربری بستر و حاشیه رودخانه

5-حقوقی

6- اقتصادی و اجتماعی

هدف:

هدف اصلی این مطالعات، فراهم آوردن اطلاعات پایه برای شناخت منطقه مورد مطالعه و تهیه اطلاعات لازم برای انجام مطالعات تخصصی و تلفیق است.

3-1 مطالعه فیزیوگرافی

دامنه و روش مطالعه فیزیوگرافی، از روش مطالعه هیدرولوژی متأثر است. اگر برای تعیین سیلاب طراحی، نیاز به محاسبه سیلاب از طریق شبیه سازی هیدرولوژیک باشد دامنه اطلاعات فیزیوگرافی افزایش می یابد و چنانچه آمار بده های رودخانه برای تعیین سیلاب با دوره های باز گشت مورد نظر برای بازه مطالعات کفایت نماید، برای تعیین بده های سیلاب از روش آماری استفاده شده و دامنه مطالعات فیزیوگرافی محدودتر گردد.

3-1-1دامنه مطالعه فیزیوگرافی

در مطالعات فیزیوگرافی عوال زیر تعیین می گردد:

- محدوده حوضه

- شبکه آبراهه ای

- پروفیل طولی رودخانه

- شیب متوسط حوضه

- مساحت حوضه

- زمان تمرکز حوضه

در مطالعات تعیین پهنه های سیل گیر و حد بستر و حریم، به تعیین هیدروگراف سیلاب یا بده اوج سیلاب نیاز می باشد.

عوامل فیزیوگرافی حوضه که در هیدروگراف مؤثر است عبارتند از:

- مساحت حوضه

- شکل حوضه

- طول رودخانه اصلی و آبراهه های فرعی

- شیب حوضه

تراکم شبکه زهکشی رودخانه

جدول3-1- عوامل فیزیوگرافی و روش محاسبه شاخص های موثر

ردیف	عامل فیزیوگرافی	شاخص مورد استفاده	روش محاسبه	ازتباط شاخص مورد نظر با هیدروگراف سیلاب
1	اندازه حوضه	مساحت حوضه	پلانی متری، سامانه اطلاعات جغرافیایی GIS	دبی اوج و حجم سیلاب با مساحت رابطه مستقیم دارد
2	شکل حوضه	__	با استفاده از رابطه محیط و مساحت حوضه تعیین میشود	هر چه عدد به یک نزدیک تر باشد، دبی اوج سیلاب بزرگتر خواهد بود(معمولاً بین5/1 الی 5/2 )
3	طول رودخانه اصلی	طول رودخانه اصلی	با استفاده از منحنی سنج یا GIS	در تعیین زمان تمرکز مورد استفاده قرار می گیرد و در شکل و دبی اوج سیلاب موثر است
4	شیب حوضه	شیب متوسط حوضه	با استفاده از مساحت حوضه، طول و ارتفاع خطوط هم تراز، استفاده از GIS	دبی اوج و حجم سیلاب با شیب حوضه رابطه مستقیم دارد
5	تراکم،شبکه زهکشی رودخانه	تراکم شبکه رودخانه ای یا نسبت انشعاب	بر حسب طول آبراها ها و مساحت حوضه با تعداد رودخانه های رده های مختلف	هر چه تراکم شبکه رودخانه بزرگتر باشد دبی اوج و حجم سیلاب افزایش می یابد
6	تقسیم بندی حوضه به زیر حوضه ها	__	تفکیک دستی یا با استفاده از GIS	در شبیه سازی سیلاب با استفاده از مدلهای هیدرولوژیکی کاربرد دارد
7	ارتفاع حوضه	ارتفاع متوسط، منحنی آلتی متری	پلانی متری یا با استفاده از GIS	در انتخاب بارش طرح سیلاب مورد استفاده قرار می گیرد
8	زمان تمرکز	زمان تمرکز	در حوضه های کوچک:کرپیچ، کالیفرنیا، برانس ویلیامز در حوضه های بزرگ: موج سینماتیک، معادله تاخیر SCS و سرعت متوسط SCS	در شبیه سازی هیدرولوژیکی سیلاب کاربرد دارد. بزرگی دبی اوج و حجم سیلاب با زمان تمرکز نسبت عکس دارد

3-2 مطالعه هیدرولوژی

مطالعه هیدرولوژی یکی از اساسی ترین مطالعات تعیین پهنه های سیل گیر و حد بستر و حریم رودخانه می باشد. علت اهمیت آن، اثر گذاری آن در دقت پهنه های تعیین شده است.

مواردی که باید در مطالعه هیدرولوژی انجام شود عبارتند از:

- بررسی آمار، اطلاعات و گزارش های هیدرولوژی

- بررسی صحت و دقت آمار و بازسازی آمار ناقص و تطویل آمار تا حد دوره شاخص

- تعیین بده اوج سیلاب با دوره بازگشت 2،5،10،25،50،100،200 و 500 سال و ... و ترسیم هیدروگراف آنها

- بررسی آبنگارهای تثبیت شده در صورت نیاز تهیه آبنگار واحد

- واسنجی مدل های هیدرولوژیک در صورت نیاز

جدول 5-1- روش های مناسب محاسبه سیلاب بر اساس داده های قابل دسترسی

ردیف	داده های قابل دسترسی	روش های قابل استفاده	توضیح
1	داده های فیزیوگرافی حوضه	فرمول های تجربی مانند دیکن، فولر، کریگر، فرانکو، رودیه و مایر	در صورت وجود دبی داغاب سیلاب، واسنجی شود
2	داده های فیزیوگرافی حوضه و داده های بارش	روش های تبدیل بارش به رواناب مانند روش استدلالی و روش SCS و روش های تعیین هیدروگراف مصنوعی	انجام هر گونه واسنجی در بهبود نتایج موثر است
3	داده های فیزیوگرافی و دبی اوج سیلاب های مشاهداتی	روش های آماری، تحلیل منطقه ای سیلاب	___
4	داده های فیزیوگرافی و هید روگراف سیلاب های مشاهداتی و داده های بارش	روش هیدروگراف واحد طبیعی	___

جدول 5-2-دقت روش های مختلف محاسبه سیلاب

ردیف	روش های محاسبه	دقت	توضیح
1	روش هیدروگراف واحد طبیعی، روش های آماری	خوب	____
2	روش استدلالی، روش SCS، روش هیدروگراف واحد مصنوعی و روش تحلیل منطقه ای سیلاب	متوسط	در صورت واسنجی با داده های اندازه گیری شده دقت ردیف یک را خواهد داشت
3	روابط تجربی	کم	در صورت تعمیم ضرایب روابط با داده های آماری کشورمان دقت ردیف دو را خواهد داشت

جدول 5-3- تعیین نوع محاسبه سیلاب بر اساس شرایط رودخانه

شرایط رودخانه	نوع محاسبه سیلاب مورد نیاز
رودخانه با ذخیره دشت سیلابی کم و شیب نسبتاً تند	دبی اوج سیلاب
رودخانه با ذخیره دشت سیلابی بالا و شیب نسبتاً کم	هیدروگراف سیلاب

3-2-1 محاسبه سیلاب برای تعیین و حد بستر و حریم رودخانه

در محاسبات سیلاب برای تعیین حریم و حد بستر رودخانه، علاوه بر مطالب گفته شده که به صورت جدول تهیه شده اند، بیان دو نکته ضروری است:

1- تعیین حد بستر و حریم بر اساس بده اوج سیلاب با دوره بر گشت های مختلف.

2- اثر سازه های متقاطع و حاشیه رودخانه در سیلاب حذف گردد.

برای عملی نمودن این مورد، باید مدل هیدرولوژیکی و هیدرولیکی، در شرایط فعلی رودخانه واسنجی شده و سپس سازه های سدها ، پل های مؤثر، گوره ها حذف و مجددا سیلاب، شبیه سازی شود.

4- دامنه و روش انجام مطالعات تخصصی

مطالعات تخصصی که برای تعیین حد بستر و حریم رودخانه یا پهنه بندی سیل انجام می شود، شامل سه مطالعه تخصصی ریخت شناسی و فرسایش رودخانه، هیدرولیک رودخانه و آثار زیست محیطی است. هدف عمده از این مطالعات، بدست آوردن مشخصه های فنی حد بستر و حریم یا پهنه های سیل گیر دشت سیلابی می باشد.

4-1 مطالعه ریخت شناسی و فرسایش رودخانه

4-1-1 طبقه بندی رودخانه از نظر ریخت شناسی

بازه های رودخانه از نظر ریخت شناسی، به دسته هایی طبقه بندی می شوند که عبارتند از :

- بازه های مستقیم

- بازه های شریانی

-بازه های پیچانرودی

- بازه های دلتایی

رودخانه ها در بازه های کوهستانی، معمولاًَ مستقیم یا پیچانرودی تحت تاثیر ساختار زمین شناسی می باشند. این نوع پیچانرودها در بستر یا کناره های سنگی محدود شده اند. معمولاً جابه جایی در پلان در این بازه ها کمتر مشاهده می شود. در بازه کوهپایه ای و سردشت رودخانه ها شریانی بوده و به صورت چند شاخه (بستر صغیر) در یک بستر عریض (کبیر) حرکت می نمایند. امکان جابه جایی بستر صغیر و بسته شدن برخی شاخه ها وجود دارد.

بازه های پیچانرودی به بازه هایی گفته می شود که به صورت مارپیچی (سینوسی) در پلان می باشند معیار طبقه بندی بین بازه های پیچانرودی و سایر بازه ها، بر اساس نسبت خمیدگی می باشد. نسبت خمیدگی طول قوس خط جریان در محور رودخانه به طول مستقیم در یک قوس رودخانه می باشد.

4-1-2 اهمیت ریخت شناسی رودخانه در پهنه بندی دشت سیلابی و تعیین حد بستر و حریم رودخانه:

ردیف	نوع بازه رودخانه	اهمیت آن در مطالعه پایداری رودخانه و مطالعه هیدرولیک دشت سیلابی
1	مستقیم یا پیچانرودی کوهستانی	پایداری یا عدم پایداری بستر رودخانه باید بررسی شود. معمولاً ذخیره دشت سیلابی کم و شیب رودخانه زیاد است و تحلیل غیر دائم جریان ضروری نیست.
2	شریانی	- حجم رسوب گذاری زیاد است - احتمال گرفته شدن برخی شاخه های شریانی در شبیه سازی هیدرولیکی در نظر گرفته شود در این شاخه ها بر اساس مطالعه ریخت شناسی و مطالعات صحرایی تعیین می شود.
3	پیچانرودی آبرفتی	احتمال جابجائی پیچانرودها بر اساس نقشه ها، عکس های هوایی و تصاویر ماهواره ای بررسی شده و در جابه جایی کانال اصلی و هیدرولیک آن در نظر گرفته می شود ،اگر ذخیره دشت سیلابی قابل توجه است تحلیل غیر دائم جریان توصیه می شود.
4	بازه دلتایی	احتمال گرفته شدن برخی شاخه ها و جابه جایی کانال اصلی رودخانه در نظر گرفته می شود تحلیل جریان غیر دائم لازم است.

4-2 مطالعه هیدرولیک رودخانه

در تعیین پهنه های سیل گیر و حد بستر و حریم، باید رقوم سیلاب در مقاطع مختلف تعیین شود در پهنه بندی خطر سیل در رودخانه لازم است سرعت و عمق جریان تعیین شود که از طریق محاسبات هیدرولیکی انجام می شود. تشخیص نوع جریان در انتخاب روش محاسبه تراز سیلاب و سرعت ضروری است.

4-2-1 انواع جریان

انواع جریان را می توان بر اساس تغییرات مکانی و زمانی عوامل هیدرولیکی جریان طبقه بندی نمود.

یکنواخت

دائم متغییر تدریجی

غیر یکنواخت

انواع جریان متغییر سریع

یکنواخت

متغییر تدریجی

غیر دائم

غیر یکنواخت

متغییر سریع

جریان دائم: در یک مقطع اگر عوامل هیدرولیکی مانند دبی، سرعت و عمق جریان ثابت باشد جریان را جریان دائم گویند.

جریان غیر دائم: اگر شرایط بالا صادق نباشد جریان غیر دائم می باشد.

پس جریان در رودخانه ها به علت تغییرات زمانی دبی جریان، غیر دائم است ولی گاهاً جریان غیر دائمی سیلاب با محاسبات جریان دائم تقریب زده می شود.

جریان یکنواخت و غیر یکنواخت:

اگر سرعت و عمق جریان در زمان مشخصی در مقاطع مختلف رودخانه یکسان باشد. جریان یکنواخت، در غیر این صورت جریان غیر یکنواخت می باشد.

تغییرات عمق نسبت به مکان (ثابت زمان)

به طور کلی جریان در رودخانه به صورت غیر دائم، غیر یکنواخت می باشد.

4-2-2 رژیم جریان

بر اساس دو عدد بی بعد رینولدز و عدد فرود می توان رژیم جریان را مشخص کرد:

V: سرعت متوسط جریان ( )

R: شعاع هیدرولیکی (m)

: لزوجت سینماتیکی( )

g: شتاب ثقل ( )

D: عمق هیدرولیکی (m)

A: سطح مقطع جریان

T: عرض سطح آب (m)

4-2-2-1 طبقه بندی جریان از نظر عدد رینولدز

عدد رینولدز	وضعیت جریان
کمتر از 500	ورقه ای (آرام)
2000>Re>500	بینا بینی (انتقالی)
2000	آشفته

4-2-2-2 طبقه بندی جریان از نظر عدد فرود

عدد فرود	وضعیت جریان
1>Fr	زیر بحرانی
1=Fr	بحرانی
1	فوق بحرانی

حالت بینابینی و حالت بحرانی، حالت پایداری نبوده و معمولاً در طبقه بندی عملی رژیم جریان در رودخانه استفاده نمی شود.

4-2-2-3 طبقه بندی عملی رژیم جریان در رودخانه

نوع رژیم جریان	عدد فرود F r	عدد رینولدزR e
ورقه ای – زیر بحرانی	1>Fr	500>Re
آشفته- زیر بحرانی	1>Fr	2000
ورقه ای- فوق بحرانی	1	500>Re
آشفته- فوق بحرانی	1	200

در رژیم های جریان، رژیم جریان ورقه ای- زیر بحرانی و ورقه ای فوق بحرانی، بسیار نادر می باشد. در رودخانه هایی با شیب تند، معمولاً رژیم آشفته- فوق بحرانی، در رودخانه های با شیب ملایم معمولاً رژیم آشفته – زیر بحرانی وجود دارد.

4-2-2-4 محاسبات رقوم سطح آب و سرعت جریان

در تعیین پهنه سیل گیر در هر مقطع از رودخانه، تعیین رقوم سطح آب و سرعت جریان به ازای سیلاب با دوره های بازگشت مورد نظر ضروری است و روش محاسبه سرعت جریان به نوع جریان بستگی دارد.

روابط حاکم به میزان یکنواخت یا شبه یکنواخت (Quasi-un form) :

رابطه پیوستگی:

رابطه مانینک:

Q: دبی برچسب

A: سطح مقطع جریان (m2)

V: سرعت متوسط جریان

N: ضریب زبری رمانینک

R: شعاع هیدرولیکی (m)

S: شیب کانال یا رودخانه

- روابط حاکم بر جریان غیر یکنواخت:

معادله انرژی

: تراز سطح آب در مقطع اول (m)

: تراز سطح آب در مقطع دوم (m)

: سرعت متوسط جریان در مقاطع 1 و 2

: به ترتیب ضریب تصحیحی انرژی در مقطع 1 و 2

: اتلاف انرژی بین دو مقطع بر حسب (m)

: فاصله بین دو مقطع (m)

: متوسط شیب خط انرژی بین دو مقطع

: ضریب انبساط و انقباض مقاطع رودخانه

در برخی از نرم افزارهای محاسبه پروفیل سطح آب، از معادله اندازه حرکت استفاده شده است. استفاده از رابطه اندازه حرکت، امکان شبیه سازی جریان مختلط شامل تغییر از فوق بحرانی به زیر بحرانی را فراهم می سازد.

دبی در مقاطع 1 و2

ضریب تصحیح اندازه حرکت در مقاطع 1 و 2

مساحت تر شده در مقاطع 1 و2

فاصله تراز ثقل سطح تر شده مقاطع 1و2 تا سطح آب

شیب بستر و شیب متوسط خط انرژی بین دو مقطع 1 و2

انواع آبراهه
حداکثر	متوسط	حداقل	حداکثر	متوسط	حداقل
کانال های مصنوعی و سرریزها	1/1	15/1	2/1	03/1	05/1	07/1
آبراهه طبیعی، تند رود و مسیل ها	15/1	3/1	5/1	05/1	1/1	17/1
رودخانه های پوشیده از یخ	2/1	5/1	2	07/1	17/1	33/1
دشت سیلابی	5/1	75/1	2	17/1	25/1	33/1

4-2-2-4-1 تعیین ضریب زبری مانینگ

ضریب زبری های مختلفی در هیدرولیک تعریف شده اند که برای مثال، می توان ضریب زبری مانینگ یا ضریب دارسی- وایسباخ و … را نام برد. ولی از بین این ضریب ها، ضریب زبری مانینگ به علت کاربرد زیاد و تحقیقات منتشره که انجام شده، عملی تر بوده و در مهندسی رودخانه بیشتر استفاده می شود.

روش های تعیین ضریب مانینک به دو دسته کلی زیر طبقه بندی می شوند:

- تعیین ضریب مانینگ با استفاده از داده های اندازه گیری شده در رودخانه مورد مطالعه

- تعیین ضریب مانینگ با استفاده از جدول های مشخص هیدرولیکی، شکل ها و روابط تجربی.

اگر رودخانه ای دارای مقاطعی باشد که هر مقطع دارای سنجش های مختلف با ضریب زبری متفاوت باشد. برای دست آوردن ضریب زبری معادل از رابطه زیر استفاده میشود:

ضریب زبری معادل برای مقطع مرکب

محیط تر شده کل

محیط تر شده قسمت i

ضریب زبری مانینگ سنجش

4-2-2-4-2 شرایط مرزی

اگر دربازه مطالعاتی، جریان زیر بحرانی باشد، شرایط مرزی در بالادست و پایین تعیین خواهد شد و اگر در بازه مطالعاتی، جریان فوق بحرانی باشد، شرط مرزی در انتهای بالا دست بازه مطالعاتی تعیین می شود.

چنانچه رژیم مختلط (mixed Regime) در بازه مطالعاتی وجود داشته باشد در بالادست و پایین دست باید شرط مرزی مشخص گردد.

محل های اتصال دو آبراهه، انشعاب آبراهه، تعریف شرط مرزی داخلی ضروری است.

شرایط مرزی یکی از حالت های زیر است:

- تراز سطح آب در مرز مشخص باشد. ( این شرط مرزی پایین دست بازه هایی که به سرریز یا آبشار منتهی می گردد استفاده می شود.)

- عمق بحرانی(این شرط مرزی می تواند به عنوان شرط مرزی پایین دست بازه هایی که به سرریز یا آبشار منتهی می شود. مورد استفاده قرار می گیرد در صورت معلوم بودن ضریب سرریز، استفاده از شرط مرزی دبی- اشل به استفاده از این شرط مرزی ارجعیت دارد.

- عمق نرمال: این شرط مرزی در محلی مورد استفاده قرار می گیرد که در بازه مورد استفاده مقطع، رودخانه در طول نسبتاً زیادی یکنواخت باشد و تحت تاثیر سازه های آبی واقع نگردد.

- منحنی دبی - اشل:

معمولاً این شرط مرزی برای بازه هایی که مقطع پایین دست سازه های آبی مانند سد مخرنی، تأخیری، تنظیمی و انحرافی وجود دارد بکار می رود.

(جزر و

پهنه بندی سیل و تعیین حد بستر و حریم رودخانه

مطالب مشابه :

هیدروگراف واحد لحظه ای در آبهای زیرزمینی

هیدرولوژی

پهنه بندی سیل و تعیین حد بستر و حریم رودخانه

آب شناسی

هیدرولوژی

WINSRFR یک پکیج نرم افزاری برای تحلیل سیستم های آبیاری سطحی

هیدرولیک